Системы программирования

Что такое система программирования

Специалисты с помощью сервисных возможностей систем программирования могут разрабатывать собственные компьютерные программы. При этом компьютерная программа состоит из совокупности указаний автоматизированной вычислительной системы, в результате выполнения которой получается требуемый результат.

Наиболее полное определение системы программирования и ее составляющих представлено в документе ГОСТ 19781-90. Согласно ему:

Системы программирования позволяют программистам заниматься разработкой компьютерных программ. Данная задача значительно облегчается совершенствованием систем программирования, в которых постоянно расширяются пользовательские возможности, создается удобная среда для работы и оптимизируется процесс разработки программ.

Что входит в состав комплекса, основные компоненты

Система программирования обычно включает в себя следующие компоненты:

1. Компилятор или интерпретатор.
2. Интегрированная среда разработки.
3. Средства создания и редактирования текстов программ.
4. Библиотеки стандартных программ и функций.
5. Отладочные программы, помогающие находить и устранять ошибки.
6. Диалоговая среда.
7. Многооконный режим работы.
8. Мощные графические библиотеки.
9. Утилиты для работы с библиотеками.
10. Ассемблер.
11. Справочная служба.

Например, если пользователь пишет код на языке высокого уровня, таком как Java, и хочет его выполнить, то ему необходимо использовать специальный компилятор, разработанный для Java. Он занимается сканированием всей программы, транслированием ее в машинный код, который выполняется процессором компьютера, после чего выполняются необходимые задачи.

Каждый раз, когда интерпретатор получает на выполнение код языка высокого уровня, то перед его конвертацией в машинный код, он преобразовывает этот код в промежуточный язык. Части кода последовательно интерпретируются и выполняются отдельно; при нахождении ошибок в составляющих кода процесс интерпретации останавливается.

Основные отличия компилятора от интерпретатора:

1. Компилятор занимается трансляцией всей программы, когда интерпретатор транслирует и выполняет по частям.
2. Интерпретатор в случае возникновения ошибки способен остановить процесс интерпретации, когда компилятор выдает отчет об ошибках только после трансляции.
3. Компилятор по сравнению с интерпретатором требует больше времени для анализа и обработки языка высокого уровня.

Функции жизненного цикла разработки программы:

1. Набор кода и его редактирование.
2. Компиляция или интерпретация.
3. Автоматизация сборки.
4. Отладка.
5. Профилирование.

Основные компоненты интегрированной среды разработки:

1. Текстовый редактор, позволяющий редактировать код программы.
2. Система поддержки сборки, выполняющая компиляцию проектов из исходных кодов.
3. Компоновщик, который заботится об упорядочивании объектов в адресном пространстве программы. Это может включать перемещение кода, предполагающего определенный базовый адрес, на другую базу.
4. Отладчик, который представляет собой набор инструментальных средств, позволяющий отлаживать программы на уровне исходного текста.

В системе программирования компоновщик необходим для связывания объектного и машинного кодов, а также подготовки объектной программы (файла) к работе в конкретной программной среде.

Библиотеки стандартных программ и функций состоят из совокупности подпрограмм, составленных на одном из языков программирования и удовлетворяющих определенным единым требованиям к структуре, организации их входов и выходов, описаниям подпрограмм.

Важным компонентом понятия системы программирования являются отладочные программы.

Программный модуль отладки позволяет выполнить основные задачи, связанные с мониторингом процесса выполнения результирующей прикладной программы. Отладка позволяет последовательно и пошагово выполнять итоговые программы, просматривать значения объявленных переменных, устанавливать контрольные точки, трассировку для того, чтобы идентифицировать места и виды ошибок в разработке.

Справочная система, входящая в состав системы программирования, предназначена для предоставления пользователю справочной информации по конкретной системе программирования.

Машинно-ориентированные системы программирования

Классификация машинно-ориентированных систем:

1. Машинные языки — совокупность машинных команд, отличающаяся количеством адресов в команде, назначением информации, задаваемой в адресах, набором операций, которые может выполнять машина. Каждый компьютер имеет свой машинный язык.
2. Языки символического кодирования — они схожи с машинными языками и являются командными, однако представляют собой не последовательности двоичных и восьмеричных цифр, а символический код в виде идентификаторов, предназначенные для облегчения запоминания смыслового содержания операции.
3. Автокод — языки, включающие в себя все возможности символического кодирования, посредством расширенного введения макрокоманд. Макрокоманда — программный алгоритм действий, записанный пользователем.
4. Макрос — набор команд и инструкций, группируемых вместе в виде единой команды для автоматического выполнения задачи. Основное назначение макроса — сокращение последовательности символов, описывающих выполнение требуемых действий ЭВМ, для более сжатого вида.

Машинно-независимые системы программирования

Виды языков программирования в машинно-независимых системах:

• процедурно-ориентированные;
• проблемно-ориентированные языки;
• объектно-ориентированное программирование.

Они включают в себя такие популярные языки как:

1. Fortran — один из старейших языков программирования высокого уровня, который используется для приложений с интенсивными вычислениями. Fortan часто применяется в процессе научного и инженерного вычисления. Он удобен благодаря большой программной базе, возможностью работы с документами и библиотекам с открытым исходным кодом, доступных под свободными лицензиями. Язык может осуществлять интуитивную запись в виде массива, которая упрощает запись быстрых векторизованных вычислений.
2. Бейсик является одним из самых простых языков программирования. Он был создан с целью обучения студентов основам решения задач с помощью написания кода, поэтому программа ориентировалась на пользователей, для которых скорость выполнения программ была не очень важна, и которым первостепенно необходима возможность использовать компьютер для решения своих задач, не имея специальной подготовки. В России сегодня наиболее популярна разновидность Turbo-Basic фирмы Borland.
3. Язык программирования Cи был создан как язык высокого уровня для разработки операционной системы UNIX и стал популярен благодаря своей простоте и эффективности. Си существенно повлиял на развитие индустрии программного обеспечения; его синтаксис стал основой для современных и востребованных языков C++, C#, Java.
4. Паскаль — язык высокого уровня общего назначения, который был первоначально разработан Никлаусом Виртом в начале 1970-х годов. Он разрабатывался с целью создания платформы для обучения программированию, поэтому Паскаль недостаточно удобен при решении сложных задач и широко используется для математических операций. Разновидность языка Паскаль АБС стала полноценной системой для начинающих, которая сегодня используется для обучения студентов и школьников.

Основные проблемно-ориентированные языки:

1. ЛИСП — семейство языков программирования, программы и данные в которых представляются системами линейных списков символов. Так как исходный код состоит из списков, программы на ЛИСПе позволяют его изменять как структуру данных и создавать макросистемы, позволяющие программистам формировать новый синтаксис или новые предметно-ориентированные языки, встроенные в ЛИСП. В настоящее время ЛИСП применяется в экспертных системах, системах аналитических вычислений и т.д.
2. Prolog — язык логического программирования, который обеспечивает решение задач, выраженных в терминах объектов и отношений между ними. Для того чтобы инициировать вычисления, выполняется специальный запрос к базе знаний, на которые система логического программирования генерирует ответы «истина» и «ложь».

Примеры объектно-ориентированных языков:

1. JavaScript — язык сценариев, который позволяет создавать интерактивные html-документы, производить вычисления, выполнять проверку допустимости данных без обращения к серверу. Скрипты программы позволяют взаимодействовать с сайтами: заполнять формы обратной связи, оставлять комментарии, просматривать всплывающие подсказки и т.д.
2. Objective-C — один из языков программирования, который активно используется для разработки мобильных приложений. Он используется корпорацией Apple и необходим для операционных систем OS X и iOS, их программных интерфейсов.
3. Python — высокоуровневый язык программирования общего назначения, ориентированный на повышение производительности разработчика и читаемости кода. Он универсален, поэтому подходит для решения разнообразных задач и многих платформ, начиная с iOS и Android и заканчивая серверными ОС. Python используется в различных сферах IT, таких как машинное обучение, разработка приложений, web, парсинг и другие.
4. Perl — это язык программирования общего назначения, который изначально был разработан для работы с текстовой информацией, но в дальнейшем стал способен решать широкий круг задач, например, системное администрирование, веб-разработка, сетевое программирование, разработка графического интерфейса пользователя и т.д.

Примеры систем программирования

Актуальные системы программирования:

1. Eclipse — свободная интегрированная среда разработки модульных кроссплатформенных приложений, которая часто используется как платформа для разработки расширений. Eclipse является платформой с особым фундаментом для построения и запуска интегрированных инструментов разработки сквозного программного обеспечения. В силу бесплатности и высокого качества, Eclipse во многих организациях является корпоративным стандартом для разработки приложений.
2. IntelliJ IDEA — мощная универсальная среда программирования, поддерживающая язык Java. Она позиционирует себя как умная и удобная система программирования для Java (и других языков) с поддержкой всех последних технологий и фреймворков. У этой среды разработки есть мощные аналитические возможности. Система включает в себя набор инструментов для изменения внутренней структуры программы, который позволяет быстро реорганизовывать исходные тексты. Дизайн среды ориентирован на продуктивность работы программистов и позволяет оптимизировать простые рутинные задачи, чтобы дать возможность специалистам сконцентрироваться на достижение функциональных целей.
3. Delphi — среда разработки прикладных программ, предназначенных для запуска в ОС Windows, MacOS, а также в мобильных операционных системах — iOS и Android. Delphi отличается простотой и может использоваться в учебных целях. Программы в Delphi пишутся на языке Object Pascal, который является преемником и развитием языка Turbo Pascal. Программа предназначена, в первую очередь, для разработки приложений в архитектуре клиент-сервер.
4. Symantec Cafe — первая интегрированная среда визуальной разработки для создания приложений и интернет-страниц. Symantec Cafe позволяет разрабатывать приложения на языке Java, которые могут затем встраиваться в интернет-страницы для повышения их функциональности.